УДК 621.3.049.077
КЛИМОВИЦКИЙ А.Г.1, ГРОМОВ Д.Г.1,
движущей силы деградации, для затруднения протекания реакции между
МОЧАЛОВ А.И.1, СУЛИМИН А.Д.2,
материалами изменение энергии Гиббса DG должно быть положительным,
ЕВДОКИМОВ В.Л.2
или хотя бы отрицательность ее должна быть незначительной:

DG = G
D
- DG
- DG
ВЫСОКОСТАБИЛЬНЫЕ ДИФФУЗИОННО-БАРЬЕРНЫЕ
B
ДБС
A
МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ СПЛАВА Та-W ДЛЯ МЕДНОЙ И
Поэтому, теплота образования материала барьера должна быть
АЛЮМИНИЕВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ КРЕМНИЕВЫХ СБИС
сильно отрицательна, а вещества, образующиеся в процессе деградации

максимально положительной.
1 Московский институт электронной техники, 103498, Россия,
Вторым
критерием
стабильности
являются
кинетические
Москва-Зеленоград, МИЭТ, (095)-5329849, E-mail: pcfme@dpts.miee.ru,
ограничения, лимитирующие реализацию взаимодействия компонентов
2 АООТ НИИМЭ и Микро, 103460, Россия, Москва-Зеленоград,
системы под действием термодинамического фактора. Среди кинетических
1-й Западный проезд, дом 12, стр. 1
факторов можно выделить следующие:

1) для уменьшения скорости выхода активированных атомов в зону
Основной задачей барьерных слоёв в системе металлизации
реакции материал ДБС должен обладать поверхностной инактивностью
современной кремниевой СБИС является обеспечение стабильности
компонентов, которую можно оценить по давлению собственных паров над
работы полупроводникового прибора. Он препятствует взаимной
поверхностью либо их теплотам сублимации.
диффузии материала проводящего слоя в кремний, сохраняя, таким
2) На начальной стадии реакция протекает в зонах с повышенной
образом, параметры функционального интерфейса СБИС.
свободной энергией, скорость диффузии на этих участках также сильно
Разработка более стабильного барьерного слоя и увеличение его
выше. Поэтому, для ликвидации межзёренной границы желательно
устойчивости к температурному воздействию позволяет использовать
существование материала в аморфном состоянии максимально долго при
новые технологические методы для формирования многоуровневой
внешних воздействиях.
металлизации, а также делает возможным применение медных
В результате проведённого исследования был разработан сплав Ta-
проводящих слоёв вместо уже недостаточно отвечающему современным
W-Si-N который предотвратил проникновение алюминия на интерфейс с
требованиям Al. Таким образом, становится возможным снизить
кремнием при отжиге 670С (выше температуры плавления Al) в течении
сопротивление проводящего слоя, повысить температурно-временные
30 минут. Что подтверждается проведённым Оже-исследованием (рис.1.).
рамки стабильного существования прибора и прийти к СБИС
Удельное сопротивление данного сплава составляет 300-350 мкОм·см.
субмикронного уровня.
Так же проводилось исследование барьерных свойств данного
В данной работе проводилась разработка нового ДБС на основе
сплава в случае использования медного проводящего слоя. Исследование
выработанных ранее физико-химических критериев. Наиболее общим
показало, что наилучшим оказался сплав Ta-W-N, т.е. с отсутствием
параметром, характеризующим температурно-временную стабильность
кремния, при этом проникновение меди не было обнаружено даже при
гетерогенной структуры является теплота (энергия) смешения E
800С в течении 30 мин, что подтверждается Оже-исследованием (рис.2.).
см её
составляющих. Положительная величина E
Удельное сопротивление этого сплава составляет 250-280 мкОм·см.
см указывает на тенденцию к
обособлению фаз или даже к их расслоению. Кроме того, имеет смысл
Толщина исследованных ДБС равна 100нм.
рассмотреть существование слоёв системы металлизации с более частных
Причина выбора такого состава ДБС кроется в упомянутых выше
физико-химических позиций.
критериях. Сплав Ta-W обладает очень отрицательной теплотой
С технологической точки зрения, деградацией является нарушение
образования, которая была рассчитана по методу Миэдема, кроме того,
электрофизических параметров функциональных слоёв, вызванное
тантал и вольфрам обладают высокой теплотой сублимации. Добавление
изменением фазового состава. Вероятным вариантом деградации ДБС
азота и кремния обусловлено тем, что из литературы известны как
является протекание реакции между ним и контактирующими с ним
аморфизирующие добавки. Так же из литературных источников азот
другим материалом A в результате которой образуется соединение B:
известен как сильно подвижный в сплаве компонент, т.о. он в первую
A+ДБСВ. Поэтому, с точки зрения уменьшения термодинамической
очередь попадает в зоны с повышенной свободной энергией и уменьшает
её.
Добавление
кремния



Рис.1.
ОЭС-профиль
Рис.2.
ОЭС-профиль
структуры Al/Ta-W-Si-N/Si после структуры Cu/Ta-W-N/TiSi2/Si
отжига при 670С 30 мин. (Al после отжига при 800С 30 мин.
стравлен)

позволяет снизить градиент концентрации между контактным и
проводящим слоем, тем самым уменьшает движущую силу реакции.
Однако, из-за наличия относительно легко образующегося силицида меди,
присутствие кремния в составе медного ДБС нежелательно. Так же следует
отметить, что проведённое XRD-исследование при нагреве свободных
сплавов Ta-W-Si-N и Ta-W-N показало, что они сохраняют рентгено-
аморфное состояние до температуры 700С.